Ресурсосберегающая и экологически безопасная технология процесса капсулирования твердофазных и жидкофазных продуктов (1091175), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Условия капсулированияи обозначения аналогичны приведенным в подписи к рис. 4.17.Такимобразом,наибольшеевремярастворенияпоказываютукрупненные гранулы аммиачной селитры, а также гранулы пористойселитры при повышенной доле капсулирующей оболочки – 3% об [114,результаты получены совместно с А.Л. Тараном и Ю.А. Таран].143Перенос теплоты внутри гранулы и в окружающей среде при4.5.растворенииРасчет переноса теплоты в растворяющейся капсулированной гранулепроводили по известному уравнению теплопереноса с распределеннымобъемным источником за счет теплоты растворения [111, 115].Уравнение переноса тепла с распределенным источником решаличисленно, по неявной шеститочечной схеме Кранка-Николсона, используяметод «конечных разностей» [112].КоэффициенттеплопроводностивкристаллическойфазеК,пропитанной маточным раствором М с концентрацией Срн определялиэкспериментально.
Отсеянные гранулы аммиачной селитры помещали вэксикатор, на дне которого была разлита вода. Относительная влажность вэксикаторе – 100%, следовательно, на поверхности гранул был насыщенныйраствор Срн. Выдерживали гранулы известное время τ1, измеряя температуругранул в закладке с помощью электронного термометра ЛТ-300. Далеерешали задачу нестационарного теплопереноса в шаре по номограммам [111]в граничных условиях I рода: С(r,τ)=t(τ); T0=t0=20˚C – начальнаяt ( ) t (C р )нтемпература гранул; Тс=t(τ)=1; Фурьепономограмме,нt 0 t (С р )определяли.
Определив значение числаэффективныйкоэффициенттеплопроводности в кристаллической фазе:ЭКМFo rГ12.(4.27)Таким образом, провели серии по 20 опытов для различных временпребывания в эксикаторе, получили следующую зависимость (рис. 4.16).Более точно температуру на поверхности и в центре гранулыопределяли в единичных опытах на установке, переданной в МИТХТ Е.А.Казаковой, позволяющей снимать термограммы в высокотемпературныхрасплавахметодом скоростного термографического анализа (СТА) [116,117].
Гранулы получали из расплава известной влажности, определенной144предварительнойодометрическимтитрованиемпоФишеру[113].Расхождение температур, полученных с помощью электронного термометраи установки для снятия термограмм, не превышало 15%.Рис. 4.16 Зависимость эффективного коэффициента теплопроводности всистеме кристалл-маточник при растворении капсулированных грануламмиачной селитры от доли нерастворившейся соли; отсечками обозначендоверительный интервал с вероятностью 95%; λЭР=0,472 Вт/(м∙К);λЭК=0,433Вт/(м∙К).Эффективный коэффициент теплопроводности в растворе определялиследующим образом: брали определенное количество гранул nΣ радиусом R,помещали в большой объем воды и измеряли изменение температуры взакладке гранул во времени. Удельный тепловой поток с поверхностигранулы при растворении вещества рассчитывается по уравнению:q ЭРdt (r )drr R ЭРt ( R, ) t 0 ),R2(4.28)в то же время удельный тепловой поток определяется:1 4 / 3 ( R 3 r 3 ) ГqG 2 ( R 2 r 2 )rФ .(4.29)Решая совместно уравнения (4.28) и (4.29), находили эффективныйкоэффициент теплопроводности в растворе.Значения эффективных коэффициентов теплопроводности в различныхсредах, определенные экспериментально для различных материалов гранул и145оболочек, приведены в таблице 4.2.
λЭС ввиду низкой воспроизводимостирезультатов в различных типах почв приведен для кварцевого песка.Табл. 4.2.Значения эффективных коэффициентов теплопроводности вразличных средах, определенных экспериментально для различныхматериалов гранул и оболочек.Состав гранулыКапсулирующий агент –водная эмульсияраствора полиэтилена втолуоле (1% масс.),соотношение фазмасло:водаλЭК, Вт/(м∙К)3:10,4330,4510,4720,4651:10,4360,4550,4800,4683:10,4320,4500,4740,4471:10,4360,4550,4730,4683:10,4350,7020,7350,4231:10,4360,7050,7360,426ПористаяаммиачнаяселитраNH4NO3КарбамидВычислительныйλЭКМ,Вт/(м∙К),λЭР, Вт/(м∙К)φ=0,4экспериментпроцессарастворенияλЭС,Вт/(м∙К)позволяетопределить изменение температуры материала гранулы по радиусу (рис.4.17).Такжетемпературноеполевнутригранулыопределялиэкспериментально на установке для снятия термограмм. Расхождениерезультатов не превышало 10%.Рис.
4.17. Температурное поле в грануле и среде при растворениикапсулированных гранул аммиачной селитры. Сплошные линии –вычислительный эксперимент, точки – экспериментальные данные,полученные на установке [116, 117].146Рис. 4.18. Температурное поле в грануле и среде при растворениикапсулированных гранул карбамида. Сплошные линии – вычислительныйэксперимент, точки – экспериментальные данные, полученные на установке[116, 117].Выводы1.Проведены эксперименты по растворению капсулированных гранулразличного материала, размера и толщины капсулирующей оболочки, снятыкривыерастворения.Поданнымопытовопределеныэффективныекоэффициенты диффузии через капсулу, в системе кристалл-маточник, атакже в средах – дистиллированной воде, кварцевом песке и почве.2.Предложен способ оценки качества капсулирующей оболочки итехнологии капсулирования по плотности распределения эффективныхкоэффициентов диффузии и наиболее вероятному значению эффективногокоэффициента диффузии в капсуле.3.Проведены эксперименты по растворению микрокапсулированногопродукта, оценены индукционный период и время полного растворения.4.Произведенвычислительныйэкспериментрастворениякапсулированных гранул.
Расхождение с экспериментальными данными непревышает ±10% с вероятностью 95%.5.Рассмотренкапсулированныхпроцессгранул.переносаОпределенытеплотыприэффективныерастворениикоэффициентытеплопроводности через капсулу, в системе кристалл-маточник, а также всредах – дистиллированной воде, кварцевом песке и почве.147Глава 5. Схема опытно-промышленной установки производствадогранулированнойикапсулированнойаммиачнойселитрыокатываниемБольшая часть гранулированных материалов в России производится потехнологии приллирования в грануляционных башнях.
Несмотря надостоинства этой технологии, в первую очередь, большие объемыпроизводства, у этой технологии имеются значительные недостатки:гранулы, производимые таким методом, обычно имеют недостаточныеразмеры и прочность, а также усадочные полость и канал. Помимо этого,чаще всего, невозможно варьировать состав производимых гранул илипокрывать их оболочками.Несмотря на то, что существуют методы производства гранул другимиспособами, в том числе в аппаратах окатывания барабанного и тарельчатоготипа,внастоящиймоментсложноотказатьсяотимеющихсямноготоннажных производств гранулированных продуктов (в том числе,минеральных удобрений) по технологии приллирования.
Поэтому выгоднойс экономической точки зрения была бы технологическая схема, позволяющаяиспользовать для производства продуктов с улучшенными свойствамиполучаемые в башнях гранулы в качестве ретура. Именно такая схема,дополненная узлом догранулирования в аппарате тарельчатого типа, быларазработана на кафедре ПАХТ в МИТХТ им. М.В. Ломоносова.5.1.
Схема опытно-промышленной установки для догранулирования/капсулирования гранул окатываниемСущественнымдостоинствомпредлагаемойсхемыявляетсяееуниверсальность. В аппарате тарельчатого типа можно проводить какдогранулирование исходных гранул с целью увеличения их размера,прочности, закрытия образующегося при приллировании усадочного канала,изменения химического состава, так и капсулирование гранул тонкимипокрытиями. Также, при использовании двух аппаратов или поочередно в148одномаппаратеможнопроизводитьпоследовательныепроцессыдогранулирования и капсулирования, если это необходимо. Кроме того,схемапозволяетпроизводитьширокийассортиментпродукции,незатрагивая основное производство гранулированного материала методомприллирования.
Далее рассмотрены различные варианты функционированиятехнологической схемы.Последовательное догранулирование и капсулирование гранул впериодическом режиме. В реактор-растворитель E5/1 подается исходноеудобрение, количество которого замеряется с помощью конвейерных весов, ивода. При максимальном уровне раствора в реакторе Е5/1 (LIASH)прекращается подача гранул на растворение. На трубопроводе подачи водыустановлен счетчик и предусмотрена возможность контроля заданногоколичества воды, необходимого для получения эмульсии с требуемымсоотношениемфаз.Предусмотренконтрольуровня,сигнализациямаксимального и минимального уровня и автоматическая блокировка примаксимальном уровне раствора в реакторе Е5 (LIASH 2-1).
Растворениегранул происходит при температуре 90˚С в течение ~ 35 мин. приперемешивании мешалкой и циркуляции раствора насосом Н1. Дляполучения готового продукта требуемого качества на стадии растворенияисходного удобрения в раствор через дозатор Х1 вводятся специальныедобавки, порошок магнезита и раствор с солями железа Fe3+.
Полученныйраствор после контроля рН и анализа его состава из реактора-растворителяЕ5 насосом Н1 подается в питающий коллектор (циркуляционный) узлагранулирования.Подогретые гранулы удобрения на стадии подготовки (на схеме неизображено) с конвейера ПТ11 с помощью конвейера ПТ12 подаются втарельчатый гранулятор Х3. Через дозатор Х2 по транспортеру ПТ13/1 иземкости Е13 подается инертный наполнитель. Конечный раствор длядогранулирования насосом Н1 подается в теплообменник, из которого черезфорсунку подается в тарельчатый аппарат Х3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
